集成运放的主要参数以及测试方法

1、集成运放的性能主要参数及国标测试方法集成运放的性能可用一些参数来表示。集成运放的主要参数：1. 开环特性参数（1）开环电压放大倍数Ao。在没有外接反馈电路、输岀端开路、在输入端加一个低频 小信号电压时，所测出输出电压复振幅与差动输入电压复振幅之比值，称为开环电 压放大倍数。Ao越高越稳左，所构成运算放大电路的运算精度也越高。（2）差分输入电阻Ri«差分输入电阻Ri是运算放大器的主要技术指标之一。它是指： 开环运算放大器在室温下，加在它两个输入端之间的差模输入电压变化与 由它所引起的差模输入电流变化AZi之比。一般为10k3M,高的可达1000M以 上。在大多数情况下，总希望集成运放的

2、开环输入电阻大一些好。（3）输岀电阻Roo在没有外加反馈的情况下，集成运放在室温下英输出电压变化与输 出电流变化之比。它实际上就是开环状态下集成运放输出级的输出电阻，其大小反 映了放大器带负载的能力，R。通常越小越好，典型值一般在几十到几百欧。（4）共模输入电阻Ric0开环状态下，两差分输入端分别对地端呈现的等效电阻，称为 共模输入电阻。（5）开环频率特性。开环频率特性是指：在开环状态下，输出电压下降3dB所对应的通 频带宽，也称为开环-3dB带宽。2. 输入失调特性由于运算放大器输入回路的不对称性，将产生一左的输入误差信号，从而限制里运算放大 器的信号灵敏度。通常用以下参数表示。（1）输入失

3、调电压Vos。在室温及标称电源电压下，当输入电压为零时，集成运放的输 出电位VoO折合到输入端的数值，即：Vos=VoO/Ao失调电压的大小反映了差动输入级元件的失配程度。当集成运放的输入端外接电阻比较小 时。失调电压及其漂移是引起运算误差的主要原因之一。Vos 般在mV级，显然它越小越 好。（2）输入失调电流Ios。在常温下，当输入信号为零时，放大器两个输入端的基极偏 置电流之差称为输入失调电流。即：Ios=Ib Ib+式中lb-、Ib+为放大器内两个输入端晶体管的基极电流。Ios 一般在零点几微安到零点零 几微安数量级，托值越小越好。失调电流的大小反映了差动输入级两个晶体管万值的失配 程度

4、，当集成运放的输入端外接电阻比较大时，失调电流及英漂移将是运算误差的主要原 因。（3）输入失调电流温漂dloso温度波动对运算放大器的参数是有影响的。如温度变化 时，不仅能使集成运放两输入晶体管的基极偏宜电流lb-、Ib+发生变化，而且两 者的变化率也不相同。也就是输入失调电流Ios将随温度而变化，不能保持为常 数。一般常用的集成运放的dlos指标如下： 通用I型低增益运放。在+25°C+85C范围约为520nA/C, -4（TC+25°C范用约为 2050nA/°C。 通用II型中增益运放。dlos约为520nA/°C。 低漂移运放。dies约为100

5、PA/aC（4）输入失调电压温漂dVoso在规左的工作温度范围內，Vos随温度的平均变化率，即：dVos=AVos/AT 一般为r50uV/oC,高质量的低于0. 5uV°由于该指标不像 Vos可以通过调零进行补偿，因此更为重要。（5）输入偏置电流lb。常温下，输入信号为零时，两个输出端的基极偏巻电流的平均 值。即：lb二1/2 （lb- + Ib+）通常，lb在lOnA'luA的范围内。在放大器差动输 入级的集电极静态电流一沱的情况下，输入偏置电流的大小直接反映了输入级晶体 管的万值。输入偏置电流愈小，输入失调电流也愈小，同时放大器的输入电阻也愈 高°3. 输出特

6、性（1）输岀电压的最大不失真范ll；l Vop-po输出电压的最大不失真范朗是指：运算放大器 在额左电源电压和额赵负载下，不岀现明显削波失頁是所得到的最大峰值输岀电压（也称为最大输出电压、输岀电压摆幅、输出电压动态范用）。一般常规运放的 Vop-p指标约比正、负电源电压各小23V。（2）输出电流的最大失真值范|期Iop-po输出电流的最大失真范弗I是指：运算放大器在 额定电压和额泄负载下，不出现明显的削波失真时所得到的最大H金值输出电流（也 称为最大输岀电流、输岀电流摆幅、输出电流动态范围）。4. 共模特性共模特性是指共模输入信号作用下的特性。常用的参数有：（1） 共模抑制比CMRR。把放大器

7、的输入信号分为差模信号与共模信号，这只是针对有 两个输入端的差分放大器以及输入级均由个种形式的差分电路所组成的运算放大器 而言。VoVo（a）（b）图为差模与共模信号电路 差模信号。如图（a）所示，当两个大小相等，极性相反的直流信号 Vi+二10mV、Vi-=-10mV ,或是一对幅值相等而相位相反的交流信号如Vi+=10mVsin （wt）、Vi-=-10mVsin （wt+pi）被加到它的两个输入端时,对 于这种成对出现、但对差分电路两边晶体管作用相反（使一边晶体管注入电 流lb增大，而另一边lb减小）的信号称为差模输入信号或差动输入信号， 这是需要加以放大的有用信号。 共模信号。如图（b

8、）所示，对在运算放大器或差分电路两输入端上出现的。 不仅大小相等，而且极性或相位也完全相同的信号称为共模输入信号。在运 放或差分电路中共模信号是应该加以抑制的无用信号。共模抑制比是全面衡量集成运放差动输入级各参数对称程度的标志，十分重要。其 左义式为：CMRR二 AvD/AvC或 CMRR=201g AvD/AvC|式中AvD差模电压增益。 AvC共模电压增益。由此可见，运算放大器的差模增益AvD越髙，共模增益AvC越低，其共模抑制比 CMRR就能具有较高的数值。共模抑制比CMRR越大，它对温度影响的抑制能力就越强。因此，不论运放是否工作在有、无共模信号的情况，CMRR指标总是越大越好。集成运

9、放的共模抑制比通常是很髙的。国产运放的共模抑制比指标如F： 通用I型运放 通用II型运放 通用III型运放 低漂移运放 单电源运放 髙阻抗运放CMRR>7080dBCMRR>65"80dBCMRR>7090dB CMRR>80110dB CMRR>70dB CMRR>86dB CMOS 运放 CMRR>76dB（2） 共模电压范国Vcp-p。运放电路所能承受的最大输入共模电压，称为共模电压范 国。超过这个电压，运放电路的共模抑制比将显著下降。例如用集成运放接成电压 跟随器电路时，其共模电压范恫是指：输出端产生 理跟随误差时，输入共模电压的幅度

10、值。5.电源特性（1）静态功耗Peo静态功耗是在不接负载，且输入信号为零时，运算放大器本身所消耗电源的总功率典型值为几十至几百亳瓦，&用的低功耗运放均为几亳瓦。（2）电源电压抑制比PSRRo由电源电压变化产生的输入失调电压变化值对电源电压变化值之比。集成运放的测试方法： 开环参数的测试方法开环参数系指集成运放不加反馈时，在差模输入信号作用下的特性。（1）测试说明。开环参数的测试通常采用低频（100400Hz）交流信号进行测量。只要信 号频率低于开环放大器的截止频率。测试信号可以从同相端加入，同向输入常用的开环参 数测试电路如图（c）所示：测试信号也可以从反相输入端加入，反相输入常用的开

11、环测试 电路如图（d）所示。图（C）同相输入开环参数测试电路3/10Rf图（d）反相输入的开环参数测试电路对于图（c）来说，其反馈信号通过反馈电阻器Rf和电容Cf加在反相端。对于零点漂移 一类的直流量，电容Cf可看成开路，反馈至反相端的电压与输出电压接近相等，整个电路 处于很深的负反馈状态之下，电压增益约等于1。但是，对于待测交流信号，由于电容Cf的容疑相当大，电容器Cf可看作短路，反相端 处于交流接地状态，相当于无负反馈作用，放大器处于开环状态。（2）同相输入时开环增益Ao的测量。当输入信号频率在100400Hz之间时，图（c）电 路中的Cf可视为短路，电路处于交流开环状态，输出电压V。与输

12、入电压Vi之比值即为开 环电压增益A。图（c）中的电阻器R1和R2是为提髙输入交流电压的测量精度而设置 的，分压比为：RJ（&+ /?2） 10-3C1为隔直电容器，C2为交流旁路电容器，电阻R3与Rf相等，用来克服静态基极电流对输 岀电压的影响。开环电压增益为：（3）反相输入时开环增益Ao的测量。相关电路如图（d）所示。图中电阻（&+ /?2）和心组成直流负反馈电路，以稳定静态工作点，并减小电路失调对输出电压的影响。Rf和Rs所构成的交流负反馈，使整个电路工作稳左。测试电路元件的取值，应使：（&+ R2 ） $R s, R& R为保证Vi为非常小的直流成分变化

13、量，而对交流信号Vs中的交流成分反馈量，经过大电 容C1分掉，整个电路对交流相当于开环。尺作用是保证两个输入直流电阻平衡。测试时，将负载开路（如有RL时），外加低额（如100Hz）交流信号电压Vs, Vs经 过凡分圧，使输入信号Vi足够小，以保证电路工作在线性区。测出输出电压VA,即:4=201g(冬值尽量小些，以减小Ios和集成运放输入电阻*的影响，一般用几十至几百欧。(4)开环频率特性的测量开环频率特性也称为开环带宽，由于集成运放的下截止频率为零， 故上截止频率/就代表整个电路的带宽它是开环增益下降到-3迪时所对应的第一转折频 率这一特性参数的测量与测试A。的方法相同只要测出集成运放在几个

14、不同频率信号时的 开环增益就行了.(5)开环输入电阻7；的测呈:. 测量基理图(e)说明开环输入电阻测试原理图。图中R是已知的标准电阻，它与信号 源、被测的集成运放输入电阻*相串，信号源供出的电压Vs,在R和待测电阻*上分压。 如果电压Vi刚好为Vs的一半即：R信号源4Vs4Vit被测集成运放7/10图(e)开环输入电阻测试原理简图Vi=O. 5Vs则说明这种测输入电阻的方法称串联电阻法。对于输出电阻的测量，其原理是完全类似的。 测量电路。测开环输入、输出的电阻如图(f)所示。电路中的Rf和Cf使电路处于直流 闭环、交流开环状态。为了使测量结果貞确，既避免非线形失貞，又不包括电抗部分，测 量所

15、用的信号应为低频小信号。ONDO B图(f)测开环输入、输出电阻电路 计算公式。测疑是，SA2打开，使RL开路，然后根据以下公式汁算: /; =- = = 7? =如R = RA匕二匕匕一岭 AX-AM吆一2R式中匕一一加到运放输入端的信号电压。I,加到运放输入端的信号电流。Ki 一一开关闭和时测得的输出电压。匕2SA2开关断开时测得的输出电压。 测试步骤。可按以下方法进行测量。 将SA1闭合，则R被C短路，调整Vs大小以保证输出电压无波形失真，测得此时的输 岀电压：匕产a。Vs 保持Vs不变，打开SA1,使Vs在R和7；上分压，则这时的输岀电压测得为：为了使输入端直流平衡，使R值尽可能接近R

16、f，而且要测量准确，R亦应接近但当R太大时容易引起干扰或自激震荡，故也可用基极偏置电流来估算：/«( nA)较大时，二52/厶(KG)IB(uA)较小时，rt =80/IB(KG)(6) 开环输出电阻乙的测量。开环输岀电阻：的大小，反映了集成运放的带负载能力。因此，可以通过测量集成运放接入心前后的电压变化，来求输出电阻。测量时仍用图(e)电路，将SA1闭合，保持适当大小匕不变。在这样的条件下： SA2开关打开时，测的开路输岀电压 J = E。 SA2开关闭合时，又测得一个开路输出电压匕2。EV匕严一=(RlD + & ro + RL将上式变形即可计算匚的计算公式为：%2式中心

17、负载是已知的，为了测量准确，尽量取心心匕，只要测得匕匕2即可汁算到 乙，其大小一般为数十至数千欧。（7）输出电压的最大摆幅吆“。对集成运放输出电压动态范屈的测量，也就是对输岀可能 达到的不失真最大幅度的测量，测试电路用图（e）电路，但SAI、SA2均闭合。为了方 便，采用正弦交流输入信号，来测量集成运放输出电压的最大摆幅。测试时，先接入给泄的负载电阻然后逐步加大输入信号匕的幅度，直至输出波 形的顶部或底部出现削波失貞为至，此时输出幅度，就是集成运放输出电压的最大摆幅。 摆幅与负载电阻的尺丄值有关，且心越大摆幅也越大。此外，最大摆幅还与电源电压耳、 瓦和输入信号频率有关，当升高和&、E降

18、低时，输出电压的最大摆幅都会减 小。 失调参数的测试方法输入失调参数也称为输入失调特性或误差特性，用以表征当集成运放输入为零时，输 出端对零的偏差折合到输入端数值。属于这类的参数有：输入失调电压/，输入失调电流 人、输入失调电流温漂刃输入偏置电流厶、基极偏置电流等。产生这些误差量的原 因，是集成电路运放输入差动电路的不对称性，而这些误差量的存在，限制了集成运放所 能放大的最小信号的能力：也就是限制了运放的灵敏度。（1）输入失涮电压的测量。图（f）为输入失凋电压的测试电路，运放电路应工作在极低 的输入电阻上，所以SA1应闭合。为了稳左静态工作点，除采用闭环测试外（闭环增益 R2/R1 一般为几百

19、倍），还要保证两个输入电路的电阻相等（即R1二R3、R2二R4）。R1R4 要采用精密电阻，电阻的精度由要求的测试精度确定。图（f）输入失调电压的测试电路由于R1与R3很小，输入端基极偏宜电流在它们两端所产生的电压降远小于匕.故在汁算中可忽略。对于理想的运放，此时测得的输出电压匕与输入端作用电压匕'之间有如下的关 系：RR由上式可得：/ =乂宀才九A| + K?如果&=500、/?2=50kQ代入上式，即可得输入失调电压为：上式表示在规左条件（温度、电源电压）下，测量到的输出偏差电压匕|等效到输入端的失 调电压。（2）输入失调电流打。厶测屋仍采用图（f）的电路，也在闭环情况下进

20、行，闭环增益 也固定在几百倍。测试分为两步进行： 在低输入电阻（即SA1开关闭合）下进行，测出输出电压匕这是由输入失调电压引 起的输出部分。 在高输入电阻（即SA1开关断开，接入电阻R5、R6）进行，测得输出电压匕2。假如两个输入端静态基极电流（/创、/砒）不相等，则在电阻R5、R6 ±将产生电压值（S-G）&，因此输岀电压匕2将和匕不等，英中增加的部分为：V2-V,就是由 失涮电流引起的。此差值乘以分压比RJ（RRJ后，就是他上的电压值。再除以&即为所以其近似表达式为：（3）输入失调的温度漂移的测虽:。输入失调漂移，指的是输入失调电压匕'和输入失调电 流人$

21、随环境温度、电源电压及时间所产生的变化量。北中以温度所引起的变化最为严重。失调参数的温度系数为：吆/7' = /（G-匕）/一石）/ AT =-T2）（2）只要测得两个温度7；与耳时的匕$（可）与/（石）或h）与I（）S（T2）,就可利用上而 公式汁算得到输入失调电压温漂 VJT和输入失调电流温漂。测试电路仍用 图（f）电路，测试方法类似于测试测/和打八一般是将被测电路宜于恒温箱内，改变恒温箱的温度，便可测出。（4）基极偏置电流人的测量。在图（f）中，将SA1-1断开，将SA1-2闭合，设放大器输 出电压为：-. /?1 .而：匕产七丄匕%所以：b=（匕一匕）垃絆右%£同理，在图（f）电路中，断开SA1-2开关，闭合SA